Kartierung & Change Detection der Thermoerosionstäler

Die statistische Analyse der Längenveränderung der Thermoerosionstäler der Untersuchungsgebiete beruht auf einer Change Detection, im Rahmen derer auf der Basis dreier RapidEye Szenen vom 4. und 23. August 2010 bzw. 10. August 2011 (siehe Abb. 4.3) die Thermoerosionstäler kartiert werden. In dem darauffolgenden Schritt sollen auf der Basis des Hexagon-Mosaiks sowie des entstandenen Thermoerosionstal-Layers die im Juli 1975 noch nicht vorhandenen Talabschnitte erfasst werden. Für den gesamten südlichen bis südwestlichen Teil Kurungnakhs wird weiterhin eine hochaufgelöste Fallstudie durchgeführt, für die auf der Grundlage einer Corona-Satellitenbildaufnahme und dem erstellten Thermoerosionstal-Layer die Tallängenveränderungen zwischen dem 04. Juli 1964 und dem 14. Juli 1975 bestimmt werden.

Abb. 4.3: Abdeckung der für die Kartierung der Thermoerosionstäler des Eiskomplexes verwendeten Satellitendaten auf einem Landsat (ETM+)-Mosaik in der RGB-Kombination 4-5-3 (nach Schneider, 2005). Die exakten Aufnahmezeitpunkte können dem Anhang entnommen werden.

Im Rahmen der Kartierung sollen alle Thermoerosionstäler der Eiskomplexinseln Kurungnakhund Khardang sowie Sobo digitalisiert werden.

Die Kartierung wird auf der Grundlage des NIR-Kanals der RapidEye-Szenen durchgeführt, der über den roten Kanal gelegt wird. Auf diese Weise wird Wasser, das sich in den Thermoerosionstälern sammelt und deren Konturen somit nachzeichnet, gut identifizierbar (Kronberg, 1985). Die Anwendung der current display extent-Statistik in ArcGis ermöglicht weiterhin eine bessere Visualisierung von Kontrasten innerhalb eines Rasterdatensatzes, da der Algorithmus, der die Statistik berechnet, die Berechnung auf den gesamten Datensatz

4. Material und Methoden

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ausführt (Ahlberg & Shneiderman, 1994). Das heißt, dass das Falschfarbenbild, das theoretisch in 255 Pixelwerten dargestellt wird, was praktisch jedoch kaum realisiert wird, über die Funktion „current display extent“ neu berechnet wird, wobei die Pixelwerte auf 255 Werte gestreckt werden. Dadurch werden künstlich mehr Abstufungen in der farblichen Darstellung erzeugt, was die Konturen der Geländeoberfläche deutlicher erscheinen lässt (Ahlberg & Shneiderman, 1994).

Die Thermoerosionstäler wurden mithilfe von ArcGis 10.1 durch Polylinien nachgezeichnet.

Die Kartierung wurde stets im gleichen Maßstab durchgeführt, da anderenfalls ein verändertes Kartierungsverhalten die Vergleichbarkeit der Ergebnisse beeinträchtigen könnte. Es wurden ausschließlich solche Täler in die Analyse einbezogen, deren Kanten im Allgemeinen gut erkennbar und somit gut von der umgebenen Geländeoberfläche abgrenzbar sind. Allerdings zeigten einige Thermoerosionstäler Abschnitte auf, die kaum identifizierbar waren. Solche Abschnitte wurden dennoch mithilfe einer zu einem anderen Zeitpunkt aufgenommenen Szene eingezeichnet, um ein hydrologisch in sich geschlossenes Flussnetz zu digitalisieren. Einen Grund für die mangelnde Erkennbarkeit von Talabschnitten könnte der Sonnenstand darstellen, durch den Konturen der Täler durch das einfallende Licht teilweise verschluckt werden. Eine weitere Schwierigkeit stellten wolkenbedeckte Regionen dar. Diese sind lokal jedoch sehr eingeschränkt und können daher aus der Analyse ausgeschlossen werden, ohne diese signifikant zu beeinträchtigen.

Die auf der Grundlage der RapidEye-Szenen erstellten Polyline-Layer wurden anschließend auf das Hexagon-Mosaik bzw. im Fall der hochaufgelösten Fallstudie für Kurungnakh außerdem auf das Corona-Bild gelegt. Mithilfe des Werkzeugs Trace können innerhalb eines neuen Layers, die Talabschnitte exakt auf den Polylinien nachgezeichnet werden, die im Jahr 1975 bzw. 1964 noch nicht existiert haben.

4.4.1 Visualisierung der regionsspezifischen Thermoerosionstaldichte und Tallängenzunahme

Die Thermoerosionstaldichte bzw. die Zunahme der Thermoerosionstallänge pro Flächeneinheit wurde durch Gitternetzquadrate bei unterschiedlichen Schwellenwerten visualisiert. Dies soll eine visuelle Erfassung der Ballungsregionen der Thermoerosionstäler bzw. solcher Regionen ermöglichen, in denen besonders starke bzw. geringe längenmäßige Zunahmen im Betrachtungszeitraum zu verzeichnen sind. Hierfür wird in ArcGIS mit Hilfe des Werkzeugs Fishnet ein Gitternetz mit einer Maschenweite von 4000 m² über das gesamte Untersuchungsgebiet gelegt. Eine größere Maschenweite würde eine zu große Unschärfe mit sich führen, während eine kleinere Maschenweite weniger Thermoerosionstalabschnitte pro Gitter umfassen würde und somit die Aussagekraft in Hinblick auf Regionen mit starken bzw. schwachen Veränderungen abschwächen würde, da

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keine Peaks erkennbar wären. Die gewählte Maschenweite stellt einen guten Kompromiss zwischen diesen beiden Einschränkungen dar.

Die Differenzabschnitte der Thermoerosionstäler, welche die längenmäßige Zunahme der Täler darstellen, wurden für jedes Untersuchungsgebiet durch das Werkzeug merge zusammengefasst, sodass die Attributtabelle eine einzige Längenangabe anzeigt, welche die gesamte Längenzunahme für das Untersuchungsgebiet angibt. Anschließend wurde dieses Layer entlang des Gitternetzes mittels des Werkzeugs intersect zerschnitten, sodass Talabschnitte, die über die Gittergrenzen hinweggehen, dem jeweiligen Gitter zugeordnet wurden. Anhand des Werkzeugs Spatial join konnten im nächsten Schritt die Attribute der jeweiligen Gitter des Gitternetzes basierend auf einer räumlichen Beziehung mit den Attributen der Differenztalabschnitte vereint werden. Die Attributtabelle der entstandenen Datei zeigt somit die Länge der Differenztalabschnitte pro Gitter an. Unter Symbols in den Properties können die Gitter nach Schwellenwerten klassifiziert und farblich dargestellt werden. Die Bestimmung von fünf Klassen ergibt in Hinblick auf den Informationsgehalt eine angemessene Dichtekarte. Abschließend wurde das Gitternetz auf die Umrisse der Eiskomplexinseln mithilfe des Werkzeugs clip zugeschnitten.

4.4.2 Untersuchung des Zusammenhangs: Thermoerosionstaldichte vs.

Tallängenzunahme

Die Korrelation zwischen Thermoerosionstaldichte und der Längenzunahme von 1975 bis 2010/2011 soll nun auf ihre statistische Signifikanz untersucht werden. Unterschiede zwischen diesen zwei Messgrößen werden statistisch als signifikant bezeichnet, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass sie durch Zufall derart zustande kommen würden nicht über einer gewissen Schwelle liegt (Litz, 2003). Signifikanz bedeutet daher in der induktiven Statistik, dass ein überzufälliger Zusammenhang angenommen wird (Litz, 2003). Als Hypothese wird ein linearer Zusammenhang zwischen Thermoerosionstaldichte und längenmäßiger Ausdehnung der Täler über den Betrachtungszeitraum angenommen. Dies gilt es zu überprüfen. Hierfür wird die Thermoerosionstaldichte gegen die Längenzunahme in Excel geplottet und eine Trendlinie hinzugefügt. Der R²-Wert der Korrelation gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der die Werte der x-Achse den jeweilig statistisch dazugehörigen y-Wert besitzen (Yule, 1897). Der R²-Wert ist somit ein Maß für den Zusammenhang zwischen den zwei Variablen (Yule, 1897).

4. Material und Methoden

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